【技研】汽車線束設計原理及零部件工作原理

一、 汽車線束概述

電線束在整車中的作用是將電器系統的電源信號和數據信號進行傳遞和交換，實現電器系統的功能和要求。

線束設計是整車電氣設計的核心。

線束正確設計是整車用電設備正常工作的前提。

人們常常把線束比喻為汽車的神經系統。

二、 汽車線束設計流程

三、 整車用電負荷計算

1、工作時間系數

用電設備分類根據汽車行駛中用電設備的工作時間長短，將用電設備分為 3 種情況：連續工作制、短時工作制和隨機使用的設備。

? 連續工作制設備連續工作制設備指汽車在行駛中連續不間斷用電的設備，包括：發動機點火系統、行駛系統、散熱器電風扇、組合儀表和蓄電池充電等。

? 短時工作制設備短時工作制設備指汽車行駛中常使用的用電設備，包括：大燈、夜間燈、轉向燈、霧燈、倒車燈、制動燈、牌照燈、喇叭和雨刮器等。

? 隨機使用的設備隨機使用的設備指汽車行駛中使用時間不確定而隨機使用的用電設備，包括：車內燈、電動門窗、電動洗滌、空調壓縮機、鼓風機、 ABS 控制、點煙器、音響系統、天窗、電動外后視鏡和其它用電設備。

2、工況使用系數

? 汽車上配置的用電設備在不同場合、氣候條件下使用，一般不會在同一時間全部都投入工作，而許多用電設備的工作及工作時間長短，取決于季節和環境的變化。

? 對汽車在行駛中的幾種較為典型的用電情況進行分析，大致可分為 8 種：平常日間、平常夜間、冬季日間、冬季夜間、冬季雪夜、夏季日間、夏季夜間和夏季雨夜。

3、使用頻度系數

電氣系統負荷與用電設備的使用和工作狀態相關，用電設備工作狀態決定于季節、環境、交通狀態和個人使用愛好，復雜的使用條件使電氣系統負荷的計算變得困難。為了分析計算方便，引入用電設備使用頻度系數概念來計算整車的用電量。

汽車用電設備在不同的季節和環境，有著不同的使用頻度系數，本文采用μs 、μo 和 μw 分別表示用電設備與夏季、季節氣候無關及冬季 3 種情況下的使用頻度系數。

該 3 種情況包括的用電設備如下：m

μs （與夏季相關）：散熱器電風扇、雨刮器、空調壓縮機和鼓風機

μo （與季節氣候無關）：連續工作制設備、短時工作制設備（除雨刮器以外）和隨機使用的設備（除空調壓縮機和鼓風機以外） m

μw （與冬季相關）：散熱器風扇、雨刮器和鼓風機

：整車空調系統與EMS系統的控制關系：

從此控制邏輯原理圖上可以了解到空調系統與電噴控制系統之間的控制邏輯關系：ECM控制單元接收到空調系統的輸入信號后在A2及C1引腳輸出地電位信號來控制空調壓縮機和冷卻風扇的工作，

在此系統中需要確認的參數是：空調控制器的C6、C12引腳輸出的信號類型（模擬信號、數字信號（包括開關信號）、脈沖信號）及信號的具體參數，如數字信號是0V、5V還是12V，同時確認EMS的C7/B8/C1/A2引腳輸出信號的類型及具體的參數。

四、 線束原理設計

1、將車上所有用電設備通過導線，保險絲，繼電器，開關以及控制裝置，正確地與汽車電源連接起來，并確保每個電器設備都能正常工作的一種連線方法的設計。

2、 原理設計的實質就是合理配電的設計，是將汽車蓄電池或發電機的電能以怎樣的供電方式分配給用電設備的設計。

電源分配：

? 常 電——蓄電池直接提供的電

? 受控電——滿足一定條件才可能導通的電

? 點火開關控制

? 專用開關控制

? 繼電器控制

? 控制器控制

? 例：確定點火開關分電（LOCK、ACC、IG1、IG2、ST）：

? BAT：室內延時燈、防盜系統、行李箱燈、喇叭、小燈（位置燈）、診斷系統、備用電源、制動燈、各控制器的記憶電源、警報燈及各種電器系統的工作電源等

? ACC：電調座椅、音響系統、雨刮噴水系統、點煙器、座椅加熱、電動天窗等

? IG1：后視鏡調節、組合儀表、安全氣囊、定速巡航系統、倒車成像、大燈及各控制系統（ECU、ABS、TCS、BCM、輪胎壓力、電動轉向等）的控制電源。

? IG2：電加熱除霜、空調鼓風機

? 規定在啟動瞬間卸掉掛在ACC、IG2檔的負荷：即：、電調座椅、音響系統、雨刮噴水系統、點煙器、座椅加熱、空調鼓風機，天窗、電加熱除霜、電動窗。

1、專用開關控制：原則：

地控優于火控:一般情況下，開關控地不控火。

? 2、繼電器控制：小電流控制大電流

案例：燈光開關通過繼電器控制車燈

? 3、時序控制

案例：

A：電噴系統中，主繼電器通電后，油泵繼電器才有電。

B：空調壓縮機工作同時，冷凝器風扇必須工作。

按各類控制器接線原理供電：

? 弄清控制器各插腳定義

? 弄清所需電源及信號類型

? 嚴格遵守供應商提供的原理圖接線

注意：

控制器的邏輯功能是我們同供應商共同開發的，線束設計的過程同時也是檢驗控制器邏輯功能的過程。

五、 保險絲、繼電器、導線及接插件規格

繼電器規格選取

? 根據電氣控制原理確定觸點型式：

觸點常開型

觸點常閉型

雙觸點轉換型

? 根據電氣負載確定繼電器電氣參數

線圈參數：額定電壓、吸合電壓、釋放電壓、線圈電阻。

例：額定電壓12V通用繼電器線圈參數

工作電壓范圍9~15V

動作電壓（吸合電壓）≤7.0V

釋放電壓（斷開電壓）2.5V~4.8V

觸點參數：

? 電壽命的選擇：根據繼電器負載使用頻度合理確定。

例：

常動作的繼電器（如閃光繼電器）－電壽命≥5×105次

一般的繼電器電壽命≥2×105次

? 電流負載的選擇：

根據用電設備的額定電流選用相應額定電流的繼電器，繼電器的額定電流取決于觸點的負載性能，繼電器額定電流的70%不應該小于負載的平時工作電流。

? 溫度范圍：根據負載繼電器裝配的位置來確定選用繼電器的耐溫參數。

例：裝配在室內，耐溫范圍：-40℃～+85℃；

例：裝配在前艙，耐溫范圍：-40℃～+125℃。

? 對沒有特殊要求的繼電器（喇叭、除霜器、霧燈等）一般優先選用汽車普通繼電器（成本底）。

? 瞬態抑制型繼電器：

例：容易產生堵轉的電機電路。

對于有LED照明的驅動電路、電子元件控制電路。

二極管比電阻能更好的消除自感電勢,電阻并聯在繼電器線圈上還消耗功率.但是車上用的繼電器大多是采用并聯電阻的方式消除自感電壓.

? 采用二極管的繼電器控制繞組有方向性不能接反,一旦接反就會造成控制端短路,對于設計使用維修都不方便。

? 成本因素。

并聯電阻值確定：

繼電器開發商可根據我們在汽車上使用要求做臺架試驗來確定繼電器內電阻并聯的阻值。只有并聯合理的電阻值可使抑制干擾的效果達到最佳。

由于線圈參數標準不同：

? 日本產繼電器并聯電阻常常用1.0-1.3千歐

? 美國產繼電器并聯電阻常常用300-500歐姆

? 德國產繼電器并聯電阻常常用560-680歐姆

例：

某AT車型設計起初換檔裝置的一個繼電器是普通型的國產繼電器，由于繼電器動作時反向電壓過高，造成組合儀表檔位指示燈常常被燒壞，后來在繼電器線圈回路中并聯一個二級管故障得到徹底排除。

? 慢熔、快熔保險絲的選擇:

主要考慮負載抑制峰值電流的時間決定。

① 某負載系統瞬間峰值電流的時間很短，也就是說此負載本身抑制峰值電流的時間很短，就可以選擇快熔保險絲。

如：燈具、點煙器、儀表等一般小電流回路或一般阻式回路。

② 此負載產生瞬間峰值電流的時間很比較長，也就是說此負載本身抑制峰值電流的時間比較長，就可以選擇慢熔保險絲。

如：ABS等電機電路或大電流電路。

負載特性系數（以工作時間系數在于10S為區分界限） ：

連續負載系數0.8；間斷負載系數1.1

峰值電流時間系數：

峰值電流的時間＜0.3秒的為1.0、如時間＞0.3秒的為0.7

負載裝配區域系數：

布置在駕駛室內為1.0、布置在發動機機艙系數為0.9

保險絲裝配區域系數：

保險絲單獨連接為1.0、安裝在保險絲盒系數為0.9

? 計算實例：

某車喇叭峰值電流時間為0.4s，喇叭裝配在發動機艙；保險絲裝配在保險絲盒，其工作電流是8A，

則：FUSE的容量≥8A÷[1.1×0.7×0.9×0.9]=13A,

根據保險絲的實際規格可以選擇15A的保險絲來保護線路。

導線的選擇一般按照日標選用，根據車身使用位置的不同，導線型號選擇也不同：對于前艙內使用的導線應該是耐高溫、耐油、耐震動、耐摩擦性能更好的；對于室內則耐溫的要求可以相對低一些；對于門內線束對耐彎曲性能要求需要高一些。

導線顏色選配規則

? 導線符合國家顏色標準

? 線色唯一性：在附近插座中無相同顏色；若線色唯一有難度，線徑區分大的可用同色。

? 局限性：即同一系統最好導線基色相同，輔色不同，采用雙色線（基色占三分之二，輔色占三分之一）。

? 單色黑線定義為搭鐵線，單色紅色定義為電源線。

? 接插件選取的主要因素：

? 按電流及線徑確認連線端子型式。

? 根據插接端子的寬度來定義承載電流的能力

? 接插件選取的主要因素：

? 依據插件布置位置決定是否采用防水插件。

? 依據導線重要性決定插件端子鎖止方式（單鎖或雙鎖等）。

? 依據線束固定方式確認插件是否需要及其卡扣型式。

? 依據工作溫度、電流合理確定插件材質。

? 按導線根數確定插件型號。

? 插件內部導線布置原則：

1）孔位有預留

2）同功能端子：插腳位置相近

3）排列順序：先外后內

4）預留孔要分散：有利于散熱

5）插腳的原則：大小電流間隔開。

六、線束結構設計要點

1、保險回路原則

一個熔斷器可以保護一個回路，也可以保護多個回路。但多回路保險共用一定要注意以下原則：

? 同一性質的負載回路可以共用一個熔斷器，感性負載與阻性負載盡量不共用一個熔斷器。

? 電子單元回路熔斷器盡量單獨使用。

? 電子單元控制的執行器或傳感器盡量不與普通回路共用熔斷器。

2、電源分配近路原則

? 在電源的設計和分配中，必須遵循近路原則原則，要求在線束設計的過程中，電路的距離盡可能的短，并且盡量不出現繞路的情況。

3、分離原則與節點分線

? 對于電源波動要求高的負載（如空氣流量計，電子節氣門等），應采用分離原則進行連接，可有效降低各用電器之間電源波動。

? 對于電源波動要求低的負載（如燈具、點煙器等），可采用節點分線進行連接，可有效降低線阻、成本及重量。

4、合理共地注意要點

? 同電源線連接一樣，地線連接同樣存在分離原則及節點分線。

? 對于控制單元、儀表、弱信號傳感器等易受波動影響負載，應采用分離原則進行連接，可有效降低各用電器之間電源波動。

? 對于電源波動要求低的負載（如燈具、點煙器等），可采用節點分線進行連接，可有效降低線阻、成本及重量。

? 地線分離原則的補充說明

? 電子地和功率地必須采用分離原則。

? 模擬地和數字地必須采用分離原則。

因為他們對地線的沖擊是不同的，導致信號間的相互干擾，從而影響一些較敏感的電子電器元件正常工作。

? 同一電子系統而言，其控制器、傳感器的地線而不能分開太遠。

如果兩者距離過遠，那么兩者間的電位差就越大，那么對同一控制器而言，地電位就存在比較大的差異，這個也會影響用電器的工作。

例如：組合儀表與燃油傳感器。

5、屏蔽線與雙絞線

對于某些弱的信號或者易受干擾的信號，如曲軸位置傳感器、爆震傳感器等，就需要選擇雙絞線或者屏蔽導線。這兩種導線都可以有效地避免信號的干擾，保證信號傳輸的及時正確，

屏蔽線連接注意要點：

屏蔽層接地必須連接在控制單元的參考地上。

車身地是不干凈的地，如果將屏蔽線的地接在車身，那么就會降低甚至破環屏蔽的效果。

雙絞線注意要點：

不同的信號對絞轉的數量有著不同的要求。

如摩托羅接電噴系統爆震傳感器要求一米必須大于33個絞轉

由于屏蔽線要比雙絞線貴得多，從成本考慮：在保證滿足要求的前提下，優先采用雙絞線。

6、導線尺寸設計要點

? 干線尺寸：寧短不長，以減少導線電阻。

? 支線尺寸：寧長不短，考慮可裝配性。

? 抽頭尺寸：干線負公差+支線正偏差。

? 例：

? 線束干線公稱長度為180mm，支線公稱長度為90mm，則抽頭尺寸為：

? -10+20＝10mm。